Contrôle de la largeur d'impulsion decontrôle des impulsions lasertechnologie
Le contrôle des impulsions du laser est l’un des maillons cléstechnologie laser, qui affecte directement les performances et l'efficacité applicative du laser. Cet article analysera systématiquement le contrôle de la largeur d'impulsion, le contrôle de la fréquence d'impulsion et les technologies de modulation associées, et s'efforcera d'être professionnel, complet et logique.
1. Notion de largeur d'impulsion
La largeur d'impulsion du laser désigne la durée de l'impulsion laser, un paramètre clé pour décrire les caractéristiques temporelles de la sortie laser. Pour les lasers à impulsions ultracourtes (tels que les lasers nanosecondes, picosecondes et femtosecondes), plus la largeur d'impulsion est courte, plus la puissance crête est élevée et plus l'effet thermique est faible, ce qui est idéal pour l'usinage de précision ou la recherche scientifique.
2. Facteurs affectant la largeur d'impulsion laser La largeur d'impulsion du laser est affectée par une variété de facteurs, notamment les aspects suivants :
a. Caractéristiques du milieu de gain. Chaque type de milieu de gain présente une structure de niveau d'énergie et une durée de vie de fluorescence spécifiques, qui affectent directement la génération et la largeur d'impulsion laser. Par exemple, les lasers à solide, les cristaux Nd:YAG et les cristaux Ti:Saphir sont des milieux laser à solide courants. Les lasers à gaz, tels que les lasers au dioxyde de carbone (CO₂) et les lasers à hélium-néon (HeNe), produisent généralement des impulsions relativement longues en raison de leur structure moléculaire et de leurs propriétés à l'état excité. Les lasers à semi-conducteurs, en contrôlant le temps de recombinaison des porteurs, peuvent atteindre des largeurs d'impulsion allant de la nanoseconde à la picoseconde.
La conception de la cavité laser a un impact significatif sur la largeur d'impulsion, notamment : la longueur de la cavité, la longueur de la cavité laser détermine le temps nécessaire à la lumière pour se déplacer une fois et encore dans la cavité, une cavité plus longue entraînera une largeur d'impulsion plus longue, tandis qu'une cavité plus courte est propice à la génération d'impulsions ultra-courtes ; Réflectance : Un réflecteur à réflectance élevée peut augmenter la densité de photons dans la cavité, améliorant ainsi l'effet de gain, mais une réflectance trop élevée peut augmenter la perte dans la cavité et affecter la stabilité de la largeur d'impulsion ; La position du milieu de gain et la position du milieu de gain dans la cavité affecteront également le temps d'interaction entre le photon et le milieu de gain, puis affecteront la largeur d'impulsion.
c. La technologie de commutation Q et la technologie de verrouillage de mode sont deux moyens importants pour réaliser la sortie laser à impulsions et la régulation de la largeur d'impulsion.
d. Source de pompe et mode de pompe La stabilité de puissance de la source de pompe et le choix du mode de pompe ont également un impact important sur la largeur d'impulsion.
3. Méthodes courantes de contrôle de la largeur d'impulsion
a. Modifier le mode de fonctionnement du laser : le mode de fonctionnement du laser affecte directement sa largeur d'impulsion. Cette largeur peut être contrôlée en ajustant les paramètres suivants : la fréquence et l'intensité de la source de pompage, l'énergie fournie par la source de pompage et le degré d'inversion de la population de particules dans le milieu amplificateur. La réflectivité de la lentille de sortie modifie l'efficacité de la rétroaction dans le résonateur, affectant ainsi le processus de formation des impulsions.
b. Contrôler la forme de l'impulsion : ajuster indirectement la largeur de l'impulsion en modifiant la forme de l'impulsion laser.
c. Modulation de courant : en modifiant le courant de sortie de l'alimentation pour réguler la distribution des niveaux d'énergie électronique dans le milieu laser, puis en modifiant la largeur d'impulsion. Cette méthode offre une réponse rapide et convient aux applications nécessitant un réglage rapide.
d. Modulation de commutation : en contrôlant l'état de commutation du laser pour ajuster la largeur d'impulsion.
e. Contrôle de la température : les changements de température affecteront la structure du niveau d'énergie électronique du laser, affectant ainsi indirectement la largeur d'impulsion.
f. Utiliser la technologie de modulation : La technologie de modulation est un moyen efficace de contrôler avec précision la largeur d’impulsion.
Modulation laserLa technologie laser utilise le laser comme vecteur et y charge des informations. Selon sa relation avec le laser, on distingue la modulation interne et la modulation externe. La modulation interne désigne le mode de modulation dans lequel le signal modulé est chargé lors de l'oscillation du laser afin de modifier ses paramètres et, par conséquent, ses caractéristiques de sortie. La modulation externe désigne le mode de modulation dans lequel le signal de modulation est ajouté après la formation du laser, modifiant ainsi les propriétés du laser de sortie sans modifier ses paramètres d'oscillation.
La technologie de modulation peut également être classée selon les formes de modulation de porteuse, notamment la modulation analogique, la modulation par impulsions, la modulation numérique (modulation par impulsions codées) ; selon les paramètres de modulation, elle est divisée en modulation d'intensité et modulation de phase.
Modulateur d'intensité:La largeur d'impulsion est contrôlée en ajustant le changement d'intensité de la lumière laser.
Modulateur de phase:La largeur d'impulsion est ajustée en modifiant la phase de l'onde lumineuse.
Amplificateur à verrouillage de phase : grâce à la modulation de l'amplificateur à verrouillage de phase, la largeur d'impulsion laser peut être ajustée avec précision.
Date de publication : 24 mars 2025